电机测速系统设计与实现

电机测速系统设计与实现

【摘要】本文所介绍电机测速系统主要由霍尔传感器、单片机、LCD1602液晶显示模块组成。系统以STC89C52单片机系统和霍尔传感器为核心，霍尔传感器把不同转速所转变成的不同频率的脉冲信号发送至到单片机，通过单片机的设置可对霍尔传感器输入的脉冲信号进行计数和处理，这样能精确地算出加到引脚的单位时间内检测到的脉冲数，单片机进行控制与计算后，采用LCD液晶显示模块实时显示。本测速系统的设计具有操作方便，显示清晰，结构简单，稳定可靠，成本低廉等优点。

【关键词】霍尔传感器;单片机;LCD1602

Abstract：This article describes the motor speed of the system consists of a Hall sensor，microcontroller，LCD1602 LCD module.STC89C52 SCM system as the core system and the Hall sensor，Hall sensor sends pulses are converted into different speeds at different frequencies to the microcontroller，the Hall sensor input pulse signal is counted and processed by the microcontroller setting，this can accurately calculate the number of pulses applied to the pin within the unit time detected，the microcontroller for control and calculation，using real-time display LCD LCD module.Design of the measurement system is easy to operate，clear display，simple structure，reliable，and low cost.

Key word：Hall sensor;MCU;LCD1602

1.系统的整体设计

本设计能够实现电机在转动过程中速度指标的实时显示功能。系统实用性强，元件非常简单。霍尔传感器是一种常见的利用霍尔效应把磁输入信号变换成电信号的元器件。实际设计安装时可以把磁钢固定在电机尾部转动轴上，开关型霍尔传感器敷设在需要观察的支架上，磁钢伴随转动轴转动，每当霍尔传感器与磁钢靠近之时，传感器即输出一个无抖动低电平至单片机，单片机通过控制计算得出速度，显示在显示屏上，即完成实时测速。设计安装时，要总体考虑系统反应时间和测速精度。本系统设计采用测量脉冲频率，以此计算速度，具有很高的测速精度。

本设计主要包括液晶显示部分，单片机控制系统和传感器数据采集部分。其中由单片机系统完成关键的数据处理，由霍尔传感器来完成数据的采集，通过LCD显示器把输出信号显示出来，即为当前的转速情况。图1为系统设计基本结构框图：

图1 系统原理框图

本设计中，利用开关型霍尔传感器把磁钢经过传感器的次数（也可以说电机

所转圈数）转换成电脉冲，进行处理之后再送入单片机，单片机STC89C52为本系统的数据处理核心，通过STC89C52的定时/计数器测算出每转一圈的时间和总脉冲数，再由单片机进行计算，其结果显示在LCD1602显示器上，即得速度测量。

2.系统硬件部分电路

2.1 概述

硬件电路设计是整个设计的基础部分，它包括液晶屏的实时显示，单片机的计算处理，信号的捕获以及单片机外围基本电路设计（最小系统的设计），其中两大主要器件是单片机和传感器。

本次设计的核心关键元器件是STC89C52单片机，它包括信息处理、定时、计算等功能，是信号采集到输出的桥梁。

2.2 霍尔传感器

霍尔效应：把一磁感应强度为B的匀强磁场加在一薄片的垂直方向上，然后把控制电流I加在半导体薄片上，那么电势差为Uh的霍尔电压将产生在在垂直于电流和磁场的方向上。霍尔效应的实质是磁场中受洛仑兹力作用使运动的带电粒子引起偏转。如果电子或空穴等带电粒子被约束在固体材料中，此偏转即会使得在磁场和垂直电流的方向上积累正负电荷，一个附加的横向电场即形成。实际可测得：霍耳电势差的数值与板厚度d 成反比，与磁感强度B和电流I成正比。

把霍尔传感器粘附在圆盘外缘附近，把一块磁钢粘贴在非磁材料的圆盘边上。霍尔传感器每输出一个脉冲即代表圆盘转动一圈。圆盘的转速可以通过单片机测量产生脉冲的频率得出。

2.3 频率测量法

单片机内部定时计数器的T1口所接收到的信号是霍尔传感器所产生的脉冲。内部工作在计数状态的是Timer1，工作在定时状态的是定时计数器Timer0。Timer1与Timer0都工作在模式1。本系统设计，Timer1累计的是0.5秒内（Timer0产生的定时是0.5秒）加到T1脚的脉冲数。如果共有N个脉冲在0.5秒内被timer1检测到，那么可以有N/0.5=2N算出圆盘的转动频率。如果在自行车轮条上固定有一个磁钢，每车轮转了一圈，霍尔传感器即发出一个脉冲。单片机把脉冲频率处理之后，就可以算出车速。实际如果再累加脉冲数之后，然后再乘以轮子长度，又可以计算出里程数。

图2 统软件框图

3.软件程序设计

3.1 概述

模块化设计是按照结构的要求和硬件设计，系统作为一个整体的功能被划分成许多小的功能模块，这些小功能模块的基础上编程过程。这种设计方法，从而使整个函数，并将该系统的每个部分的功能的倾向变得清晰。当系统出现问题时，根据特征集，找出问题发生的根本原因，更快地解决问题。所以，在整个设计过程中，软件设计和硬件设计紧密地结合在一起。单片机的最大的优点是通过软件控制单片机的功能，程序的设计，要采用自顶向下的设计方法，遵循模块化设计的原则，综合考虑可读性及合理性。模块化设计使程序修改及完善方便，可读性好。如图2所示为软件程序系统框图。